技术在不断进步——几乎可以与之对话的家庭助理、比十年前的电脑更强大的手机,甚至还有自动驾驶汽车。
自 1880 年代中期以来,汽车已经走过了漫长的道路,当时卡尔·本茨 (Karl Benz) 制造了被认为是第一辆真正的汽车。但是自动驾驶汽车是如何工作的——它如何知道什么时候停下来,或者确定是否有人要过马路。答案是一种叫做激光雷达的遥感技术。
激光雷达传感器的起源
LIDAR(激光雷达)或光探测与测距(Light Detection And Ranging)起源于 1960 年代,即激光问世后不久,美国国家大气研究中心首先将其用于气象学测量云。从那时起,这项技术(也称为激光扫描或 3D 扫描)已被用于从地理学到林业,从大气物理学到激光测高的各种应用。
它已被广泛用于考古学,以绘制挖掘地点和大面积土地,识别从地面看不到的事物。美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration)使用它来绘制海岸线和地球表面的地图,美国宇航局在1971年利用这项技术,当时阿波罗15号宇航员使用激光高度计绘制了月球表面。
它们是如何工作的?
该技术使用紫外线(UV),可见光或近红外(IR)光对物体进行成像并绘制其物理特征。快速连续进行几次测量,以产生高分辨率的复杂表面地图。
激光雷达使用有源传感器测量到目标的距离,该传感器发射照明能量源,而不是依靠阳光。它向表面发射快速的激光脉冲 - 每秒高达150,000个脉冲 - 通常是红外来绘制陆地地图,或者穿透水的绿光来测量海底或河床。
当光线照射到目标物体时,它被反射回传感器,传感器测量脉冲从目标反弹所需的时间。通过使用光速来推断到物体的距离,以准确计算行进的距离。结果是关于目标物体及其表面特征的精确三维信息。
应用
激光雷达在 2000 年代初首次用于车辆,主要是在 DARPA 大挑战赛中——它只是在过去五年左右,自动驾驶汽车才取得了进展。谷歌和优步只是开发自动驾驶汽车的众多名称中的两个;他们的汽车在车顶上有一个笨重的盒子,可以连续旋转,提供360°的视野和精确,深入的信息,关于到物体的确切距离,精度为±2厘米。这个盒子是激光雷达系统;它由激光、扫描仪和光学器件以及专门的 GPS 接收器组成,如果系统正在移动,这一点尤其重要。
在自动驾驶汽车的情况下,激光雷达用于生成巨大的3D地图 - 这是其预期的原始用途 - 然后汽车可以导航。它还用于检测行人和骑自行车的人,交通标志和附近的其他障碍物,尤其是谷歌。
当然,这种自动驾驶技术并非没有陷阱——例如,最近在亚利桑那州发生的死亡事件,该技术未能捡起过马路的行人。然而,随着激光雷达变得越来越复杂,它将越来越有能力检测和跟踪物体。改进将意味着更高分辨率的图像将成为可能,并且它将能够在更长的范围内运行,以便该技术能够区分步行或骑自行车的人,他们的速度和方向。
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